MicrOLED-Photobioreaktor

Algen revolutionieren 3D-Druck

Wissenschaftler der TU Dresden gewinnt Nachwuchsförderpreis der Sächsischen Akademie der Wissenschaften. Algenbiotechnologie revolutioniert das 3D-Bioprinting. Der weltweit erste 3D-gedruckte Bioreaktor mit OLEDS macht neue Untersuchungsmethoden möglich.

Mikroskopische Aufnahme einer Mikroalge

Mikroskopische Aufnahme einer Mikroalge | Anja Lode/TUD

Felix Krujatz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden, erhält für seine Doktorarbeit „Entwicklung und Evaluierung neuer Bioreaktorkonzepte für phototrophe Mikroorganismen“ den Nachwuchsförderpreis der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig. Seine Forschungsergebnisse enthalten mehrere Weltneuheiten auf dem Gebiet der Biotechnologie und können u.a. das Bioprinting menschlicher Zellen für regenerative Therapien revolutionieren sowie eine neue Generation von Bioreaktoren hervorbringen. Der Preis wurde am 09. Dezember in Leipzig öffentlich verliehen.

Algenbiomasse ist interessant

Algen zählen durch ihre Fähigkeit, Kohlenstoffdioxid mithilfe von Lichtenergie stofflich nutzbar zu machen, zu einem der wichtigsten nachhaltig produzierbaren Rohstoffe der Zukunft. Algenbiomasse ist daher für viele industrielle Bereiche wie zum Beispiel die Lebensmittel-, Pharma-, Chemie- und Kosmetikindustrie interessant. Felix Krujatz hat mit seiner Doktorarbeit Maßstäbe in der jungen Wissenschaft der Algenbiotechnologie gesetzt.

3D-Fertigungsverfahren für künftige Anwendungen

Der 3D-Biodruck (3D-Bioprinting) gehört zu den vielversprechendsten biologischen Verfahren, die zur Herstellung von künstlichen humanen 3D-Organ- und Gewebemodellen verwendet werden. Mit diesem ganz neuen 3D-Druckverfahren wird es in Zukunft möglich sein, gezielter, systematischer und kostengünstiger reproduzierbare künstliche Organmodelle aus menschlichen Stammzellen herzustellen.

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Erstmals Algen mit Humanzellen gedruckt

Der Nachwuchsingenieur der TU Dresden hat weltweit erstmals Algen gemeinsam mit humanen Zellen gedruckt und damit eine neue Methode des Bioprinting entwickelt. Obwohl Bioprinting in der regenerativen Medizin bereits eine erprobte Technologie ist, haben 3D-gedruckte künstliche Gewebestrukturen bisher das Problem, dass die Zellen wegen Sauerstoffmangels in ihrer Funktion beeinträchtigt sind oder sogar absterben. Die Nutzung von Algen als natürlicher Sauerstofflieferant könnte dieses Problem lösen und die Erfolgsaussichten regenerativer Therapien entscheidend verbessern. Für das 3D-Drucken von lebenden Algenzellen prägten Krujatz und seine Kollegen vom Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk- und Weichgewebsforschung der TU Dresden (Prof. Gelinsky) den Begriff des „Green Bioprinting“. Diese Methode wird an der TU Dresden für medizinische und biotechnologische Anwendungen weiterentwickelt.

MicrOLED-Photobioreaktor konzipiert

Algen brauchen für die Photosynthese Lichtenergie. Zur Kultivierung und Erforschung von Algen in Bioreaktoren wurden bisher nur punktuelle Lichtquellen eingesetzt. Felix Krujatz hat in seiner Doktorarbeit den weltweit ersten Photobioreaktor aus dem 3D-Drucker konzipiert und gefertigt. Der so genannte MicrOLED-Photobioreaktor kann durch den Einsatz von organischen Lichtquellen (OLEDs) eine flächige Beleuchtung realisieren. Das für die Photosynthese der Algen erforderliche Licht kann damit gezielt gesteuert werden. Damit werden neue Untersuchungs- und Kultivierungsmethoden im Bereich der Bioverfahrenstechnik möglich.

Interdisziplinäre Arbeit betont

„Die Algenbiotechnologie hat das Potential, ein wichtiges Puzzleteil in der Etablierung einer nachhaltig wirtschaftenden Bioökonomie zu werden. Ich bin froh, dass meine Arbeit ein gutes Beispiel dafür ist, wie interdisziplinäre Arbeit zwischen Ingenieuren, Naturwissenschaftlern und Medizinern gewinnbringend eingesetzt werden kann“, fasst Krujatz seine Arbeit zusammen.

Der 31-jährige Felix Krujatz hat seine Doktorarbeit im Juni 2016 mit dem Prädikat „summa cum laude“ an der Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden verteidigt. „Insgesamt findet man in dieser Dissertation eine Fülle von Weltneuheiten und Weltrekorden vereint mit absolut exzellentem ingenieurtechnischem Herangehen. Die Fülle der Ergebnisse hätte für drei sehr gute Dissertationen gereicht“, so sein Doktorvater Prof. Thomas Bley, Inhaber der Professur für Bioverfahrenstechnik und Mitglied der Technikwissenschaftlichen Klasse an der Sächsischen Akademie der Wissenschaften.

Der Nachwuchsförderpreis wird jährlich im Rahmen der Herbstsitzung der Sächsischen Akademie der Wissenschaften an einen jungen Wissenschaftler vergeben. Die Auszeichnung ist mit 1.000 Euro dotiert. Die Preisverleihung fand 09.12.2016 in der Bibliotheca Albertina in Leipzig statt. (idw, red)